T tání. Teplota tavení, vlastnosti a samotavení litiny
Téměř všechny kovy jsou za normálních podmínek pevné látky. Ale při určitých teplotách mohou změnit svůj stav agregace a stát se kapalnými. Pojďme zjistit, jaký je nejvyšší bod tání kovu? co je nejnižší?
Teplota tání kovů
Většina prvků v periodické tabulce jsou kovy. V současnosti je jich přibližně 96. Všechny potřebují různé podmínky, aby se proměnily v kapalinu.
Práh ohřevu pevných krystalických látek, po jehož překročení se stávají kapalnými, se nazývá bod tání. U kovů kolísá v rozmezí několika tisíc stupňů. Mnoho z nich přechází do kapaliny s poměrně vysokým ohřevem. Díky tomu jsou běžným materiálem pro výrobu hrnců, pánví a dalších kuchyňských spotřebičů.
Stříbro (962 °C), hliník (660,32 °C), zlato (1064,18 °C), nikl (1455 °C), platina (1772 °C) atd. mají průměrné teploty tání. Existuje také skupina žáruvzdorných a nízkotavitelných kovů. První potřebuje více než 2000 stupňů Celsia, aby se proměnil v kapalinu, druhý potřebuje méně než 500 stupňů.
Mezi nízkotavitelné kovy patří obvykle cín (232 °C), zinek (419 °C), olovo (327 °C). Některé z nich však mohou mít ještě nižší teploty. Například francium a gallium se taví již v ruce a cesium lze zahřívat pouze v ampuli, protože se vznítí z kyslíku.
Nejnižší a nejvyšší teploty tání kovů jsou uvedeny v tabulce:
Wolfram
Nejvyšší bod tání má kovový wolfram. Nad ním je v tomto ukazateli pouze nekovový uhlík. Wolfram je světle šedá lesklá látka, velmi hustá a těžká. Vře při 5555 °C, což se téměř rovná teplotě sluneční fotosféry.
V pokojových podmínkách slabě reaguje s kyslíkem a nekoroduje. Navzdory své žáruvzdornosti je dosti tažný a lze jej kovat i při zahřátí na 1600 °C. Tyto vlastnosti wolframu jsou využívány pro vlákna v lampách a kineskopech elektrod pro svařování. Většina těženého kovu je legována ocelí pro zvýšení její pevnosti a tvrdosti.
Wolfram je široce používán ve vojenské sféře a technologii. Je nepostradatelný pro výrobu munice, pancíře, motorů a nejdůležitějších součástí vojenských vozidel a letadel. Vyrábí se z něj také chirurgické nástroje, boxy na uchovávání radioaktivních látek.
Rtuť
Rtuť je jediný kov, jehož bod tání je mínus. Navíc je to jeden ze dvou chemických prvků, jejichž jednoduché látky za normálních podmínek existují ve formě kapalin. Zajímavé je, že kov se vaří při zahřátí na 356,73 ° C, což je mnohem vyšší než jeho bod tání.
Má stříbřitě bílou barvu a výrazný lesk. Odpařuje se již za pokojových podmínek a kondenzuje do malých kuliček. Kov je vysoce toxický. Je schopen se hromadit ve vnitřních orgánech člověka, což způsobuje onemocnění mozku, sleziny, ledvin a jater.
Rtuť je jedním ze sedmi prvních kovů, které člověk zná. Ve středověku byl považován za hlavní alchymistický prvek. Přes svou jedovatost se kdysi používal v lékařství jako součást zubních výplní a také jako lék na syfilis. Nyní byla rtuť téměř úplně vyloučena z léků, ale je široce používána v měřicích přístrojích (barometry, tlakoměry), pro výrobu lamp, spínačů a domovních zvonků.
Slitiny
Aby se změnily vlastnosti kovu, je legován jinými látkami. Může tedy nejen získat větší hustotu, pevnost, ale také snížit nebo zvýšit bod tání.
Slitina se může skládat ze dvou nebo více chemických prvků, ale alespoň jeden z nich musí být kov. Takové "směsi" se velmi často používají v průmyslu, protože umožňují získat přesně takové kvality materiálů, které jsou potřeba.
Teplota tání kovů a slitin závisí na čistotě kovů a slitin, jakož i na poměrech a složení slitin. K získání tavitelných slitin se nejčastěji používá olovo, rtuť, thalium, cín, kadmium a indium. Ty, které obsahují rtuť, se nazývají amalgámy. Sloučenina sodíku, draslíku a cesia v poměru 12 %/47 %/41 % se stává kapalinou již při minus 78 °C, amalgám rtuti a thalia při minus 61 °C. Nejvíce žáruvzdorným materiálem je slitina karbidů tantalu a hafnia v poměru 1:1 s bodem tání 4115 °C.
Při kterém je zničena krystalická mřížka kovu a přechází z pevného skupenství do kapalného stavu.
Teplota tání kovů je ukazatelem teploty ohřívaného kovu, při jejímž dosažení začíná proces (tavení). Samotný proces je opakem krystalizace a je s ní nerozlučně spjat. Roztavit kov? musí se zahřát pomocí externího zdroje tepla na teplotu tání a poté pokračovat v dodávání tepla, aby se překonala energie fázového přechodu. Faktem je, že samotná hodnota bodu tání kovů udává teplotu, při které bude materiál ve fázové rovnováze, na hranici mezi kapalinou a pevnou látkou. Při této teplotě může čistý kov existovat současně v pevném i kapalném stavu. K provedení procesu tavení je nutné přehřát kov mírně nad rovnovážnou teplotu, aby byl zajištěn kladný termodynamický potenciál. Podpořte proces.
Teplota tání kovů je konstantní pouze pro čisté látky. Přítomnost nečistot posune rovnovážný potenciál jedním nebo druhým směrem. Kov s nečistotami totiž tvoří jinou krystalovou mřížku a interakční síly atomů v nich se budou lišit od sil přítomných v čistých materiálech Podle bodu tání se kovy dělí na tavitelné (do 600 °C, jako např. gallium, rtuť), středně tavitelné (600-1600°С, měď, hliník) a žáruvzdorné (>1600°С, wolfram, molybden).
V moderním světě se čisté kovy používají jen zřídka kvůli skutečnosti, že mají omezený rozsah fyzikálních vlastností. Průmysl již dlouho a hustě používá různé kombinace kovů - slitin, jejichž odrůdy a vlastnosti jsou mnohem větší. Bod tání kovů, které tvoří různé slitiny, se bude také lišit od bodu tání jejich slitiny. Různé koncentrace látek určují pořadí jejich tání nebo krystalizace. Existují však rovnovážné koncentrace, při kterých kovy, které tvoří slitinu, současně tuhnou nebo se taví, to znamená, že se chovají jako homogenní materiál. Takové slitiny se nazývají eutektické.
Znalost teploty tavení je při práci s kovem velmi důležitá, tato hodnota je nezbytná jak při výrobě, pro výpočet parametrů slitin, tak při provozu kovových výrobků, kdy teplota fázového přechodu materiálu, ze kterého je výrobek vyroben, určuje omezení v jeho použití. Pro usnadnění jsou tyto údaje shrnuty v jediném tavení kovů - souhrnný výsledek fyzikálních studií charakteristik různých kovů. Pro slitiny existují také podobné tabulky. Teplota tání kovů také významně závisí na tlaku, proto jsou údaje v tabulce relevantní pro konkrétní hodnotu tlaku (obvykle se jedná o normální podmínky při tlaku 101,325 kPa). Čím vyšší je tlak, tím vyšší je bod tání a naopak.
Již v dávných dobách lidé těžili a tavili měď. Tento kov byl široce používán v každodenním životě a sloužil jako materiál pro výrobu různých předmětů. Naučili se vyrábět bronz asi před 3 tisíci lety. Z této slitiny byly vyrobeny dobré zbraně. Popularita bronzu se rychle rozšířila, protože kov se vyznačoval krásným vzhledem a pevností. Vyráběly se z něj šperky, lovecké a pracovní nástroje, nádobí. Vzhledem k nízkému bodu tání mědi si člověk její výrobu rychle osvojil.
Být v přírodě
Latinský název Cuprum získal kov podle názvu ostrova Kypr, kde se těžil ve třetím tisíciletí před naším letopočtem. E. V systému Mendělejev dostal Cu číslo 29 a nachází se v 11. skupině čtvrtého období.
V zemské kůře je prvek z hlediska rozšíření na 23. místě a vyskytuje se častěji ve formě sulfidických rud. Nejběžnější jsou měděný lesk a pyrity. Dnes se měď těží z rudy několika způsoby, ale jakákoli technologie vyžaduje postupný přístup k dosažení výsledku.
Fyzikální vlastnosti
Kov je tažný a v krátké době na čerstvém vzduchu pokrytý oxidovým filmem. Díky této fólii má měď i svůj žlutočervený odstín, v mezeře fólie může být barva zelenomodrá. Co se týče tepelné a elektrické vodivosti, Cuprum je na druhém místě za stříbrem.
- Hustota - 8,94×103 kg/m3.
- Měrná tepelná kapacita při T=20°C - 390 J/kg x K.
- Elektrické specifické při 20−100 °C - 1,78×10−8 Ohm/m.
- Bod varu - 2595 °C.
- Měrná elektrická vodivost při 20 °C - 55,5–58 MS/m.
Při jaké teplotě taje měď
K tavení dochází, když kov přechází z pevného skupenství do kapalného skupenství. Každý prvek má svůj vlastní bod tání. Hodně záleží na nečistotách v kovu. Obvyklá teplota tání mědi je 1083 ° C. Při přidání cínu teplota klesne na 930-1140 ° C. Teplota tání zde závisí na obsahu cínu ve slitině. Ve slitině mědi se zinkem dochází k tavení při 900-1050 ° C.
Při zahřívání jakéhokoli kovu jeho krystalová mřížka je zničena. Teplota tání stoupá při zahřívání, ale poté se vyrovnává, když je dosaženo určité teplotní hranice. V tomto okamžiku se kov roztaví. Úplně roztaje a teplota opět stoupne.
Při ochlazení kovu teplota klesá, v určitém bodě zůstává na stejné úrovni, dokud kov zcela neztuhne. Po úplném vytvrzení se teplota opět sníží. Demonstruje to fázový diagram, který ukazuje teplotní proces od počátku tání až po tuhnutí. Při zahřátí se měď zahřátá na 2560 ° C začne vařit. Var je podobný varu kapalných látek, kdy se uvolňuje plyn a na hladině se objevují bublinky. V okamžiku varu při nejvyšších možných teplotách začíná uvolňování uhlíku vzniklého při oxidaci.
Tání doma
Kvůli nízkému bodu tání starověcí lidé uměli roztavit měď na ohni a použít kov k výrobě různých výrobků.
K roztavení mědi doma budete potřebovat:
Proces probíhá po etapách, kov je umístěn do kelímku a poté umístěn do muflové pece. Požadovaná teplota je nastavena a proces je monitorován přes skleněné okénko. V nádobě s Cu se přitom objeví oxidový film, který je nutné odstranit - otevřete okno a ocelovým hákem odsuňte stranou.
V nepřítomnosti muflové pece lze měď tavit autogenem. K tání dojde při normálním přívodu vzduchu. Hořák taví mosaz a nízkotavný bronz. Plamen musí pokrýt celý kelímek.
Pokud není po ruce žádný z uvedených produktů, můžete použít ohniště namontované na vrstvě dřevěného uhlí. Pro zvýšení T můžete použít vysavač zapnutý v režimu foukání, ale hadice musí mít kovovou koncovku, je dobré, když má užší konec, takže proud vzduchu bude tenčí.
Teplota tání bronzu a mosazi, stejně jako teplota tání mědi a hliníku, jsou nízké.
Čistá Cu se dnes v průmyslových podmínkách nepoužívá. Obsahuje mnoho nečistot: nikl, železo, arsen, antimon a další prvky. Kvalita produktu je určena procentem nečistot ve slitině (ne více než 1 %). Důležitými ukazateli jsou tepelná a elektrická vodivost. Díky své tažnosti, nízké teplotě tání a pružnosti je měď široce používána v mnoha průmyslových odvětvích.
Hustota a bod tání některých kovů.
|
Kov |
Atomová hmotnost kovu |
Hustota kovu, g/cm3 |
Bod tání, C |
|
Lehké kovy |
|||
|
Hliník |
|||
|
Těžké kovy |
|||
|
Mangan |
|||
|
Wolfram |
|||
Pro kovy jsou nejcharakterističtější následující vlastnosti:
* kovový lesk
*tvrdost,
*plastický,
*kujnost,
* dobrá vodivost tepla a elektřiny.
Všechny kovy mají kovovou krystalovou mřížku:
v jeho uzlech jsou umístěny kladně nabité ionty a elektrony se mezi nimi volně pohybují.
Přítomnost volných elektronů vysvětluje vysokou elektrickou a tepelnou vodivost a také schopnost obrábění.
Tepelná vodivost a elektrická vodivost se snižují v řadě kovů:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg
Všechny kovy jsou rozděleny do dvou velkých skupin:
Černé kovy
Mají tmavě šedou barvu, vysokou hustotu, vysoký bod tání a poměrně vysokou tvrdost.
Železo je typickým představitelem železných kovů.
Neželezné kovy
Mají charakteristickou barvu: červená, žlutá, bílá; mají vysokou plasticitu, nízkou tvrdost, relativně nízký bod tání.
Typickým zástupcem barevných kovů je měď.
Podle hustoty se kovy dělí na:
*Plíce(hustota ne větší než 5 g/cm)
Mezi lehké kovy patří: lithium, sodík, draslík, hořčík, vápník, cesium, hliník, baryum.
Nejlehčím kovem je lithium 1l, hustota 0,534 g/cm3.
*těžký(hustota větší než 5 g/cm3).
Mezi těžké kovy patří: zinek, měď, železo, cín, olovo, stříbro, zlato, rtuť atd.
Nejtěžším kovem je osmium, hustota 22,5 g/cm3.
Kovy se liší svou tvrdostí:
*Měkký: řezat i nožem (sodík, draslík, indium);
*Pevný: kovy se tvrdostí porovnávají s diamantem, jehož tvrdost je 10. Chrom je nejtvrdší kov, řeže sklo.
V závislosti na bodu tání jsou kovy podmíněně rozděleny na
:
*tavitelný(bod tání až 1539°C).
Mezi kovy s nízkou teplotou tání patří: rtuť - bod tání -38,9°C; gallium - bod tání 29,78°C; cesium - bod tání 28,5°C; a další kovy.
*Žáruvzdorné(bod tání nad 1539 °C).
Mezi žáruvzdorné kovy patří: chrom - bod tání 1890°C; molybden - bod tání 2620°C; vanad - bod tání 1900°C; tantal - bod tání 3015°C; a mnoho dalších kovů.
Nejvíce žáruvzdorným kovem je wolfram - bod tání 3420°C.
Každý kov nebo slitina má jedinečné vlastnosti, včetně bodu tání. V tomto případě předmět přechází z jednoho stavu do druhého, v konkrétním případě se stává z pevné látky kapalnou. K jeho roztavení je nutné přivést k němu teplo a ohřívat jej, dokud není dosaženo požadované teploty. V okamžiku, kdy je dosaženo požadovaného teplotního bodu dané slitiny, může ještě zůstat v pevném stavu. Při pokračující expozici začne tát.
V kontaktu s
Nejnižší bod tání má rtuť - taje i při -39 °C, wolfram nejvyšší - 3422 °C. U slitin (ocel a další) je extrémně obtížné určit přesný údaj. Vše závisí na poměru složek v nich. U slitin se zapisuje jako číselný interval.
Jak probíhá proces
Prvky, ať už jsou jakékoli: zlato, železo, litina, ocel nebo jakékoli jiné - taví přibližně stejně. To se děje při vnějším nebo vnitřním vytápění. Externí ohřev se provádí v tepelné peci. Pro vnitřní, odporový ohřev se používá procházející elektrický proud nebo indukce ohřev ve vysokofrekvenčním elektromagnetickém poli. Dopad je přibližně stejný.
Když dochází k zahřívání, zvyšuje se amplituda tepelných vibrací molekul. Objevit vady konstrukce mřížky doprovázené rozpadem meziatomových vazeb. Období destrukce mřížky a hromadění defektů se nazývá tání.
V závislosti na stupni roztavení kovů se dělí na:
- tavitelné - do 600 ° C: olovo, zinek, cín;
- střednětavné - od 600 °C do 1600 °C: zlato, měď, hliník, litina, železo a především prvky a sloučeniny;
- žáruvzdorné - od 1600 ° C: chrom, wolfram, molybden, titan.
Podle toho, jaký je maximální stupeň, se volí také tavicí zařízení. Mělo by to být tím silnější, čím silnější bude topení.
Druhou důležitou hodnotou je stupeň varu. Toto je parametr, při kterém se kapaliny začnou vařit. Zpravidla je to dvojnásobný stupeň tání. Tyto hodnoty jsou přímo úměrné sobě a jsou obvykle uvedeny při normálním tlaku.
Zvyšuje-li se tlak, zvyšuje se také množství tání. Pokud se tlak sníží, pak se sníží.
Charakteristická tabulka
Kovy a slitiny - nepostradatelné základ pro kování, slévárenství, klenotnictví a mnoho dalších oblastí výroby. Cokoliv mistr dělá ( zlaté šperky, litinové ploty, nože z oceli popř měděné náramky), pro správnou funkci potřebuje znát teploty, při kterých se ten či onen prvek taví.
Chcete-li zjistit tento parametr, musíte se podívat na tabulku. V tabulce najdete i stupeň varu.
Mezi nejčastěji používané prvky v každodenním životě patří ukazatele bodu tání:
- hliník - 660 °C;
- teplota tání mědi - 1083 °C;
- teplota tání zlata - 1063 ° C;
- stříbro - 960 °C;
- cín - 232 °C. K pájení se často používá cín, protože teplota pracovní páječky je jen 250–400 stupňů;
- olovo - 327 °C;
- teplota tání železa - 1539 ° C;
- teplota tavení oceli (slitina železa a uhlíku) - od 1300 °C do 1500 °C. Kolísá v závislosti na nasycení ocelových součástí;
- bod tání litiny (také slitiny železa a uhlíku) - od 1100 ° C do 1300 ° C;
- rtuť - -38,9 °C.
Jak je z této části tabulky zřejmé, nejtavitelnějším kovem je rtuť, která je již při kladných teplotách v kapalném stavu.
Stupeň varu všech těchto prvků je téměř dvojnásobný a někdy dokonce vyšší než stupeň tání. Například u zlata je to 2660 °C, pro hliník -2519 °C, pro železo - 2900 ° C, pro měď - 2580 ° C, pro rtuť - 356,73 ° C.
U slitin jako je ocel, litina a další kovy je výpočet přibližně stejný a závisí na poměru složek ve slitině.
Maximální bod varu kovů je rhenium -5596 °C. Nejvyšší bod varu je v nejvíce žáruvzdorných materiálech.
Existují tabulky, které také naznačují hustota kovů. Nejlehčím kovem je lithium, nejtěžším osmium. Osmium má vyšší hustotu než uran a plutonium při pozorování při pokojové teplotě. Mezi lehké kovy patří: hořčík, hliník, titan. Mezi těžké kovy patří většina běžných kovů: železo, měď, zinek, cín a mnoho dalších. Poslední skupinou jsou velmi těžké kovy, patří sem: wolfram, zlato, olovo a další.
Dalším ukazatelem nalezeným v tabulkách je tepelná vodivost kovů. Nejhorší ze všeho je, že neptunium vede teplo a stříbro je nejlepší tepelný vodič. Zlato, ocel, železo, litina a další prvky jsou uprostřed mezi těmito dvěma extrémy. Jasné charakteristiky pro každého naleznete v požadované tabulce.